自适应修正Smith算法在时滞系统中的应用

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EHA半主动悬架自适应Smith预估时变时滞补偿控制

递到液压泵，使得液压缸进、出油口的压力差作用于活塞而产生阻尼力，实现半主动控制。
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图１ＥＨＡ半主动悬架结构Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｗｉｔｈＥＨＡ
１．２含时滞１／４车辆２自由度悬架动力学模型根据图１所示的ＥＨＡ半主动悬架结构，建立
第３８卷第６期２０１８年１１月
西安科技大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
ＤＯＩ：１０．１３８００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘａｋｊｄｘｘｂ．２０１８．０６１８文章编号：１６７２－９３１５（２０１８）０６－１００５－０８
ＥＨＡ半主动悬架自适应Ｓｍｉｔｈ预估时变时滞补偿控制
文献［１２－１７］基于Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制策略设计了半主动悬架的时滞补偿控制器，验证了控制器的有效性，但都是基于临界时滞时间的补偿；实际悬架系统的时滞时间与临界时滞并不相同，且不可知，因此传统Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制策略基于临界时滞的补偿方式不能达到较好的时滞补偿效果，即不能实现对时变时滞的补偿控制。
１含时滞ＥＨＡ半主动悬架动力学模型
１．１ＥＨＡ半主动悬架工作原理ＥＨＡ半主动悬架结构如图１所示。该半主动
悬架主要由ＥＨＡ作动器和螺旋弹簧构成，其中ＥＨＡ作动器由无刷直流电机、液压泵、液压缸等构成。控制器根据反馈回来的信号计算出悬架此时所需的阻尼力，再通过改变电机回路的外接电阻阻值，进而改变电机的电磁转矩，并通过联轴器传

Simulink的时滞过程Smith预估控制与IMC研究方法研究精品

基于Simulink的时滞过程Smith 预估控制与IMC控制方法研究Smith预估控制一、基本原理PID控制器因算法简单、鲁棒性好、可靠性高，一直是工业生产过程中应用最广的控制器。

然而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。

这时往往不得不采用模型预测控制、自适应控制等先进控制策略来获得更好的控制性能。

近年来越来越多的研究人员就上层采用模型预测控制这类先进的控制算法，而底层保留传统的PID控制算法，即所谓的预测PID 控制算法，展开了一系列的研究。

1、纯滞后产生的主要原因：1）物料及能量在管道或者容器中传输及运送需要时间；2）物质反应、能量的释放及能量交换需要一定过程和时间；3）设备和设备之间的串联需要许多的中间环节；4）测量装置的响应时间；5）执行机构的动作时间；在控制对象调节通道、测量装置及执行机构等环节存在纯滞后时，控制系统闭环特征方程中就存在纯滞后因子，而且存在纯滞后的环节较多时,系统滞后时间也将随之增加。

因此明显降低了系统的稳定性，而且纯滞后时间越长，系统稳定性就越差。

由于纯滞后的存在，调节作用不及时，导致被调节系统的动态品质下降。

纯滞后越大，则系统的动态品质越差。

2、史密斯预估器原理在单回路控制系统中，控制器的传递函数为GC(s)，被控对象传递函数为G O(s)e-ts，被控对象中不包含纯滞后部分的传递函数为G O(s)，被控对象纯滞后部分的传递函数为e-ts。

则系统的闭环传递函数为Φ(S)=[GC(S)GO(S)e-τs]/[1+GC(S)GO(S)] (1)由式(1)可以看出，系统特征方程中含有纯滞后环节，它会降低系统的稳定性。

史密斯补偿的原理是：与控制器Gc(s)并接一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节传递函数为Gm(s)=G o(s)(1-e-ts)，t为纯滞后时间，补偿后的系统如图1所示。

图1 史密斯补偿后的控制系统从图中可以看出，若无系统延时时，系统等同于简单的预测PID 控制回路；而当系统有延时时，延时对系统的影响即可由Smith预估控制器消除，而预测PID参数则仅需根据无延时模型来整定，这样就可以避免延时带来的参数整定误差。

基于改进Smith预估器的二阶时滞系统

收稿日期:2009-09-08 修回日期:2009-12-15第28卷第1期计算机仿真2011年1月文章编号:1006-9348(2011)01-0198-03基于改进S m it h 预估器的二阶时滞系统安连祥,马华民,刘永刚,刘新艳(河北工业大学电气与自动化学院,天津300130)摘要:在关于工业过程控制的研究中,针对常规Sm it h 预估器是基于时滞对象精确数学模型,而在实际应用中,当被控系统的参数不稳定或受到扰动时,就会造成Sm it h 预估模型的失控,使得控制效果变差甚至振荡。

尽管模糊Sm ith 预估控制对系统参数的变化不敏感,但并没有从本质上克服预估模型失控给系统带来的不稳定性影响。

为解决时滞引起失控的问题,提出了一种改进的模糊Sm ith 预估控制方法,并对方法进行了仿真。

仿真结果表明,能够增强系统的稳定性、鲁棒性,并且具有较好的控制精度,为实际工程设计提供了参考。

关键词:模糊控制;史密斯预估器;二阶时滞系统中图分类号:TP273 文献标识码:BA 2thOrder T i m e Delay Syste m Based onI mproved Fuzzy S m ith PredictorAN L ian-x iang ,MA H ua-m in ,L I U Y ong-gang ,L I U X in-yan(E lectr i ca l and A uto m ation Schoo,l H ebe iU n i ve rsity o f T echno l ogy ,T i anji n 300130,Chi na)ABSTRACT :A s traditi onal S m it h predictor is based on precise ti m e de lay sy stem mode,l when syste m pa rame ters are unstable or dist urbed ,t he S m it h pred i c t o r m ode l and sy stem m odel w ill not m atch ,this w ill l ead to bad contro l effect or even m ake syste m oscillatory .A lthough f uzzy contro l i s no t sensiti ve to t he var i e ty of syste m para m eters ,it dose not ove rco m es the bad i n fluence i n essence .T h i s paper ana l y zed the three fac t o rs lead i ng t o model m i s m atch ,and i ntroduced an i m proved Fuzzy S m ith controller .The results o f si m u lati on s how t hat t h ism ethod m akes syste m re m arkably stab le and robust ,has w ell contro l prec i sion ,and prov i des reference f o r practica l eng i neeri ng app licati on .KEY W ORDS :Fuzzy contro ;l S m ith pred ictor ;2th order ti m e delay syste m1 引言典型的工业过程大多可以等效或简化为带滞后环节的一阶或者二阶系统,而时滞环节的存在将对控制系统的性能将产生不利影响,特别是滞后时间较大时[1]。

基于Smith预估器的大时滞系统控制方法研究与仿真

1 传统Smith预估器
传统Smith预估器实质上是一种模型补偿控
制，采用补偿原理，将过程对象的纯滞后环节从系统特征方程中消除，从而改善对时滞过程的控制效果。 1.1 Smith预估控制基本思路
Smith预估控制是瑞典科学家Smith于1957年提出的一种解决时滞系统控制问题的预估控制方法，其控制基本思路是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿控制，使被延迟了的被调量提前反映到调节器，并使之动作，以此来减小超调量与加速调节过程[3]。 1.2 Smith预估控制补偿算法
Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.08.56
0 引言
时滞现象常产生于化工、轻化、冶金、计算机网络通讯和交通等系统中[1,2]。就控制系统而言，时滞是指作用于系统上的输入信号或控制信号与在它们的作用下系统所产生的输出信号之间存在的时间上的延迟，当时滞较大时，将会使系统中的被调量不能及时反映控制信号的作用；另外，当被控对象受到干扰而使被调量改变时，控制器产生的控制作用不能及时有效地抑制干扰的影响，从而导致较大的超调量和较长的调节时间，甚至产生不稳定。因此，大时滞系统一直受到人们关注，成为目前过程控制研究领域的一个重要课题。
基于Smith预估器的大时滞系统控制方法研究与仿真
The study and simulation on the control methods in large time delay system based on Smith predict国防工业职业技术学院，西安 710300）
采用双控制器方案，构成双自由度Smith预估
图3 双自由度Smith预估器结构示意图【178】第32卷第8期 2010-8

一种改进的自适应Smith预估器

Y* ( s) =
Y(s) +
Gc( s) Gm ( s) [ 1-
e-
S m
s
]
E
(
s
)
=
Gc ( s) [ Gm ( s) + Gp ( s) e- Ss - Gm( s) e- ] Sm s E( s)
( 2)
由( 2) 式可知, 模型误差越大, 即 Gp ( s) 与 Gm( s) 以及 S与 Sm 相差越大, 则补偿效果就越差。由于纯滞后为指数函数, 故纯滞后的误差比
控制器。当模型完全匹配时, 即 Go ( s) = Gm ( s) ,
S= Sm 时, 可得到系统的闭环传递函数为
- Ss
Y( s) = R( s)
1+
Gc( s) Gp( s) e
- Ss
G c( s) [ Gm( s) + Gp( s) e -
Gm ( s)
-
e
Sm
s
]
=
Gc ( s) Gp ( s) e- Ss 1 + Gc( s) Gm( s)
间的相关性, 从而得到一个以 Sm 为自变量的自相
关函数。但是, 由于自相关函数的运算量太大, 这里本文假定在理想条件下 y ( t) 和 ym ( t ) 为具有相同信号源的白噪声测量信号, 采用平均幅度差函数( A M DF ) [ 8] 来代替自相关函数, 其具体形式如
第3期
王华强, 等: 一种改进的自适应 Smit h 预估器
317
对控制品质的不利影响。Smit h 预估器的具体结构如图 1 所示。
图 1 Smit h 预估器的结构

Smith自抗扰控制器在过程时滞系统中的应用

Ｓｔｍｉｈ自抗扰控制器在过程时滞系统中的应用
刘川来，祥妹，艳东刘赵
（岛科技大学自动化与电子工程学院，青山东青岛２６４）６０２
摘要：究了一类具有时滞环节的非线性系统的控制问题，用将Ｓｔ研利ｍｉｈ预估器与自
第３卷第６２期
青岛科技大学学报（自然科学版）
Ｖｏ．２Ｎｏ６１３．
Ｄｅ．０１ｃ２１
２１０１年１２月ＪｕｎｌｏｎｄｏＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＮａｕａｃｅｃｉｉｎｏｒａｆＱｉｇａｉｅｓｔｏｃｅｃｎｃｎｌｇ（ｔｒｌＳｉｎｅＥｄｔ）ｙｏ文章编号：６２６８（０１０ — ６１０１７ —９７２１）６０４ — ４
ｔｒａｃｅｅｔｎｃｎｒｌｒ（ｕｂｎｅｒｊｃｉｏｔｏｌｏｅＡＤＲＣ）Ｔｈｍｉｈｐｅｉｔｒｉｕｅｏｅｉｎｔｈ．ｅＳｔｒｄｃｏＳｓｄｔｌｍｉａｅｔｅ
ｅｆｃｓｏａ．ＴｈｅｈｄｏｆｅｔｆｌｇｅｍｔｏｆＡＤＲＣｗｈｃｏｓｄｒｔｅｕ — ｄｌｄｄｎｍｉｓａｄｔｅｉｈｃｎｉｅｈｎｍｏｅｅｙａｃｎｈｕｋｏｉｔｒａｃｓｔｔｌｄｓｕｂｎｅｏｈｙｔｍ，ｓｕｅｏｅｔａｅａｄｃｍ— ｎｎｗｎｄｓｕｂｎｅａｏａｉｔｒａｃｆｔｅｓｓｅｉｓｄｔｓｉｔｎｏｍｐｎａｅｔｔｌｉｔｒａｃｆｔｅｓｓｅ．Ｂｓｎｈｓｍｅｈｄ，ｔｅｓｓｅｉｏｕｔ — ｅｓｔｏａｓｕｂｎｅｏｈｙｔｍｄｙｕｉｇｔｉｔｏｈｙｔｍｓｒｂｓ，ａ

自适应修正Smith算法控制大时滞过程的仿真研究

关键词：时滞过程；Ｉｉｈ预估器；人Ｓｎｔ自适应修正
叶分类号：Ｐ７．】Ｔ２３２
文献际识码：文章编号：０３２１０８１０１０Ｂ１０７４（０）００２—４２
ＳｅｆａｔｅＣｏｒｃｉｇＳｍｉｅｉｏｒｎｒｌｆａｇｌＡｄｐｉ－ｒｔｔＰｒｄｃｒｏｔｒｅ — ｖｅｎｈｔｆＣｏｏｏＬ
ｔｍｅＤｅａｏｅｓｉｌｙＰｒｃｓ
ＬＩＧｕ－ｉｎ，ＵｉｘａｇＣＨＥＮｕＺＨＵｆｎ，ＥＪ，Ｘｕ－ｅｇＸＩＹｕ（ｏｔｈｎｉｅｓｙｏＴｃｎｌｇｌｇｆｔｍａｏｃｅｃｎｎｉｅｉｇ，ａｇｈｕ５０４ｈｎ）ＳｕｈＣｉａｖｒｉｆｅｈｏｏｙＣｏｌｅｏＡｕｏｔｎＳｉｎｅａｄＥｇｎｒＵｎｔｅｉｎＧｕｎｚ工业控制中，由于工质或材料的传输、信号的传递，以及元件老化、零点漂移等原因。使得许多对象在不同程度上存在纯滞后、参数时变等复杂特性。大滞后
对象是工业生产过程中很难控制的一类对象，它是 “ 具有滞后的过程，在输入作用下不能立刻观察出它对输出
收稿日期：０ —０ —０２８０４８
｝空韦Ｕ论与应用理
《动技术应》０８第２卷０自化与用２０年第１期７
但在实际应用时由于参数较多，增加了参数整定的难度。其实，上述校正算法可以进行简化。因此，文建议一种本简化的改进的自适应Ｓｔｍｉｈ预估补偿算法，即采用常数Ｏ值进行自适应修正，ｔ使修正更加简单易行，并且也能达

时滞对象的自适应Smith预估控制方案

时滞对象的自适应Smith预估控制方案韩如成李霄峰太原重型机械学院自动化系(太原030024)TP273.2摘要针对时滞被控对象提出了一种自适应Smith预估控制方案,利用变遗忘因子递推最小二乘法进行参数在线辨识以构成Smith预估器,采用模糊神经网络控制器完成对被控对象的控制。

仿真结果证明了这种方法的有效性。

主题词时滞系统自适应Sm ith预估器模糊神经网络Sel-f adaptive Smith Pre-estimation Control Scheme for Time-delay SystemH an Rucheng Li XiaofengT he Department of Automation,T aiyuan Heavy Machinery Institute(Taiyuan030024) Abstract The paper presents a sel-f adaptive sm ith pre-estimation control scheme for time-delay system. Smith predictor makes up of identificable param eter using RVFF(Recursive Variable Forgetting Factor M ethod) on line.FNNC(Fuzzy Neural Netw ork Controller)is used as system controller.The simulation results show that the method is effective w hen parameter is chang ed.Key words time-delay system sel-f adaptive smith predictor FNNC1引言大时滞被控对象的控制问题,在常规PID控制器控制效果不理想的情况下,引起人们广泛的研究,其中Smith预估补偿控制是应用较多的方法之一,但该方法要求预估模型必须准确,否则会引起系统的不稳定。

大时滞系统自适应模糊Smith控制

１引言
时滞系统特别是一些大滞后系统是工业控制中公认的难题之一，对具有大滞后的系统，ｍｔＳｉｈ预估控制是常被采用
一
ＴＥＨＮ的控制规则，不便于控制参数的学习和调整，乏自缺
ｆｚｏｔ１ａｄｕｉｚｓｓｌ—ａａｔｅｍｔｏｎａａｅｒｏｚｙｃｎｒｌｎ—ｌｅＮｍｅ，ａｊｓｎｕｙｃｎｏ．ｎｔｉｅｚｒｌｅｆｄｐｖｅｈｄｔｔｅｐｒｍｔｓｆｕｚｏｔｌｒｏｉｏｕｅｆｏｅｉ．ａｌｄｕｔｇｎｙｉ
ＺａｇＰｉｇ一，ＹｕｎＭｉｇ—ｚｅｈｎｎａｎｈ，ＷａｇＨｏｇｎｎ
（．ｈｎａｇＩｓｔｔｏｕｏａｉ，ｈｎａｇＬａｎｎ１０，ｈａ１ＳｅｙｎｔｕｅｆｔｔｎＳｅｙｎｉｉｇ１０Ｃｉ；ｎｉＡｍｏｏ１６ｎ
ｐａｅ．Ｃｎｅｕｎｌ，ｋｇｔｅｃｎｒｌｒｉｔｅｄｖｒｉｃｔｎｏｈｅｔｈｒｃｒｔ．Ｓｍｌｉｈｗｈｔｈｈｓｓｏｓｑｅｔｍａｉｈｏｔｌｔｈｉｓｉｉｆｊａａｔｉｉｉｕａｏｓｏｓｔａｔｅｙｎｏｅｆｅｆａｏｏｅｃｅｓｃｔｎ
ｐｅｅｔｄｍｅｈｄｃｎｅｆｃｉｅｙｏｅｃｍｅｌｔｔｎｆｃｍｍｏｕｚｏｔｌａｇｒｔｍｎｔｆｔｇｌｎｉｒｓｎｅｔｏａｆｅｔｌｖｒｏｉａｉｓｏｏｖｍｉｏｎｆｚｙｃｎｒｌｏｈｏｔｎｏｇｔｍｅ— ｄｌｙｏｉｉｉｅａｓｓｅａｄｇｎｒｌＳｔｌｏｔｍｄｐｎｉｇｏｒｃｓｏｄｌｅｃｓｉｅｙｙｔｍｎｅｅａｍｉａｇｒｈｅｅｄｎｎｐｅｉｉｎｍｏｅｘｅｓｖｌ．Ａｔｈａｉ，ｔｅｓｌｈｉｅｓｍｅｔｔｍｅｈｅｆ—ａａｔｅｄｐｉｖｆｚｙＳｔｏｔｌａｇｒｈｈｓｓｒｎｏｕｔｅｓａｄｂｔｒｃｎｒｌｐｒｏｍａｃ．ｕｚｍｉｃｎｒｌｏｔｍａｔｏｇｒｂｓｓｎｅｔｏｔｅｆｒｎｅｈｏｉｎｅｏＫＥＹＷＯＲＳ：ｅｆｄｐｉｅＦｚｙｃｎｒｌｍｉｒｄｃｔｅｃｎｒｌｏｇｔＤＳｌ —ａａｔ；ｕｚｏｔ；Ｓｔｐｅｉａｉｏｔｏ；Ｌｎｉｖｏｈｖｍｅ—ｄｌｙｅａ

基于模糊Smith控制的时滞系统设计与仿真

基于模糊Smith控制的时滞系统设计与仿真摘要今天的工业生产在面对日益复杂的控制问题伴随着科技的进步状态,时间延迟,但是,很难避免工业控制的内在特征, 它不仅降低了系统的稳定性,也严重影响工业生产过程的质量控制,模糊控制作为一种基于模型参数的控制方法的研究成为了一个热点。

MATLAB在本文中结合了模糊控制和Smith控制，即模糊—Smith控制,不仅补偿滞后的缺点,也较强的适应控制对象的参数变化,具有一定的实际应用前景。

大时滞工业生产过程中经常运用于冶金、炼油、化工、电力、航空航天和经济管理中，还在大时滞工业过程估计控制系统以传统的史密斯为主, Smith预测控制是延时控制最有效的控制方法,它不仅克服控制系统中的各类缺陷,也可以使模糊控制和Smith预估器相结合,对于模糊控制应用于纯时滞系统在某种程度上是更成功的。

关键词：模糊控制; Smith控制; 时滞系统; MATLAB。

Based on the fuzzy - Smith control design and simulation oftime-delay systemsAbstractIn today's industrial production in the face of increasingly complex control problems along with the progress of science and technology condition, time delay, but it is hard to avoid the inherent characteristics of the industrial control, it not only reduces the system's stability andserious influence the industrial process control 's quality , fuzzy control, as a kind of control method based on model parameters become a hot spot of research. MATLAB in this paper combines fuzzy control and control become blurred - Smith. Smith control, not only compensate the disadvantage of lag, and to adapt to changes in the parameters of the controlled object, has a certain practical application prospect. Large time delay is often used in the process of industrial chemical, oil refining, metallurgy, electric power, aerospace, economic management and traffic system. Also in large industrial processes with time-delay estimation control system is given priority to with the traditional Smith, Smith predictive control is the most classical and most mature time delay control method, it not only make the set value input zero steady-state error and external disturbance, also can be combined with fuzzy control and Smith estimatesKey words: Fuzzy Control; Matlab; Delays; Smith control 目录摘要ⅠAbstract Ⅱ目录Ⅲ1引言11.1选题的背景及意义12绪论22.1 研究的内容及方法22.2研究的可行性22.3研究的目标及意义43模糊-Smith控制43.1时滞53.2模糊控制53.3 Smith控制63.4史密斯（Smith）预估器73.5模糊-Smith控制94 MATLAB软件仿真134.1 MATLAB与其特点134.2模糊-Smith控制的MATLAB仿真134.3仿真结果分析185结论19参考文献19致谢201引言1.1选题的背景及意义对于今天的工业生产在面对日益复杂的控制问题伴随着科技的进步状态,时间延迟,但是,很难避免工业控制的内在特征, 它不仅降低了系统的稳定性,也严重影响工业生产过程的质量控制,模糊控制作为一种基于模型参数的控制方法的研究成为了一个热点。

Smith预估器大时滞系统研究资料

摘要大迟延对象的控制一直是控制领域研究的焦点问题。

加热炉温度控制便属于这类复杂的控制对象。

传统的加热炉温度控制系统采用的是原料油出口温度同燃料油流量或同炉膛温度的串级控制，但由于燃料油流量存在波动，使得温度控制效果较差。

而且由于近年来炉膛改造，炉膛容积增大，使得控制系统主副被控对象均存在较大的时间滞后。

对于无滞后或滞后比较小的系统，通常采用PID控制。

对于大滞后系统，PID 控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了Smith预估补偿控制系统。

而 Smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标 ,但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配 ,而在实际中这是很难做到的 ,当模型失配时,Smith 预估算法就难以取得良好的控制效果,因此提出了改进型Smith控制系统。

本文研究的重点是设计与实现适用于燃烧控制过程的控制规律和控制算法。

具体讨论了纯滞后系统的Smith预估器及工程实现方法，着重对这种控制算法进行了较深入的讨论，并提出了一种改进型Smith预估控制器，该控制器把自适应控制与史密斯预估器有机地结合起来，实现对控制系统的参数自整定，而且还通过仿真对设计和改进的结果进行了分析。

仿真实验中，若采用PID控制算法，系统会出现较大的超调量，采用史密斯预估补偿控制没有超调量。

若保持控制器和模型的参数不变，改变对象参数，使估计模型与之失配，此时史密斯预估算法出现振荡，系统稳定性被破坏。

改进型Smith算法不仅能够保持系统的稳定，而且振荡次数少，收敛速度快。

关键词:加热炉；增益自适应；史密斯预估器第一章绪论1.1 研究的背景及意义加热炉温度控制系统为一个大滞后的系统，改变传统的控制方式，采用温度、流量串级控制，并把煤气热值和烟气残氧检测量引入控制系统，对煤气和空气的配比值进行优化、调节，实现了加热炉高效燃烧控制、温度迅速反应控制。

在纯滞后过程中，由于过程控制通道中存在的纯滞后，使得被控量不能及时反映所承受的扰动。

Smith预估模糊自适应PID控制在时滞系统中的应用

Ｏ引言
工业生产过程中，很多控制系统都存在时滞现象，时延的存在会给系统带来相位上的滞后，而相位上的滞后则是以气液增力缸的自动控制为具体的研究对
ｔｍｅｉｃｅｓｈｅｌｔｍｅａｄｓａｌｔｆｔｅｒｓｏｓ．ｉ，ｎｒａｅｔｅｒａ —ｉｎｔｂｉｙｏｅｐｎｅｉｈＫｅｗｏｄ：ｍｉｒｄｃｉｅｆｚｙａａｔｅｃｎｒｌｅ；ＤｏｔｏｌｒｙｒｓＳｔｐｅｉｔｖ；ｕｚｄｐｉｏｔｏｌｒＰＩｃｎｒｌｅｈｖ
Ｍｉｎａｇ６０，ｈｎ）ａｙｎ２０Ｃｉａ１０
Ａｂｔａｔｏｈａｅｏｎｕｉｇｔｅｒａ．ｉｎｔｂｌｙｏｙｔｍ，ｄｓｇｅｃｎｒｌｒｏｍｉｒｄｉｔｄｓｒｃ：Ｆｒｔｅｓｋｆｅｓｒｎｈｅ１ｔｍｅａｄｓａｉｔｆｓｓｅｉｅｉｎａｎｗｏｔｏｌｆＳｔｐｅｃｅｅｈａａｔｖｕｚ — ＩＡｐｌａｉｎｏｅｐｅｍａｉｙｒｕｌｎｅｓｆｅｕｏｏｔｏ，ｏｄｐｉｅｆｚｙＰＤ．ｐｉｔｆｈｎｕｔｃｈｄａｉｉｔｎｉｉｒａｔｃｎｒｌｃｍｂｎｕｚｄｐｉｅｃｎｒｌｒｔｃｏｔｃｉｅｆｚｙａａｔｏｔｏｌｈｖｅｗｉｔｅｔａｉｉｎｌＤｏｔｏｌｒｔｅｃｎｒｌｅｈｏｇｈｍｉｒｄｃｉｅｃｎｒｌｒｍｏｅｔｅｃｕｓｆｔｍｅｄｌｙｌｋｉｈｒｄｔａｏＰＩｃｎｒｌ，ｈｏｔｏｌｒｔｒｕｈｔｅＳｔｐｅｉｔｖｏｔｏｌｖｈｏｒｅｏｅｈｅｉｅａｉｎｎｔｅｃｎｒｌｔｈｌｓｄ１ｏ，ｎｉｈｏｔｏｏｔｅｃｏｅ．ｏｐａｄｓｍｕｌｔｎＭＡＴＬＡＢ．ｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏｈｔｔｅｄｓｇａｌｎｔｅｄａｅｉＴｈｉｌｔｏｅｕｔｈｗｓｔａｈｅｉｎｃｎｅｉｍｉａｅｄａ

时滞系统的双自由度Smith模糊PID控制器设计与仿真

时滞系统的双自由度Smith模糊PID控制器设计与仿真孙立强;郑恩让【摘要】Smith fuzzy PID control was applied to time-delay system .Adding double-freedom parameters at controller ’ s input end can reduce both maximum overshoot and accommodation time of the system dynamic re-sponse and can enhance anti-jamming capability;improving fuzzy PID controller ’ s structure can decrease the difficulty in parameterssetting .Simulation result proves the effectiveness of the algorithm designed .%针对大时滞系统采用Smith模糊PID算法控制，在控制器的输入端加入给定双自由度调节参数，有效地减小系统动态响应的最大超调量和调节时间，增强系统的抗干扰能力。

通过改进模糊PID控制器结构解决控制器参数耦合的问题，降低了参数整定的难度。

仿真研究验证所设计算法的有效性。

【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P486-488,523)【关键词】Smith模糊PID控制器;双自由度;时滞系统【作者】孙立强;郑恩让【作者单位】陕西科技大学电气与信息工程学院，西安 710021;陕西科技大学电气与信息工程学院，西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TH865模糊PID控制器是传统的PID控制与模糊控制相结合形成的一种智能控制器，它融合了PID控制器不依赖对象数学模型及模糊控制器良好的知识表达能力等优点[1]，合理地设置控制器的参数能够对大时滞过程取得理想的控制效果。

时滞系统的Smith预估补偿控制器研究

时滞系统的Smith预估补偿控制器研究作者：辛海燕李成祥来源：《山东工业技术》2016年第12期摘要：近年来，对Smith预估补偿控制器的研究成为一种趋势，其可以有效的对时滞系统进行延迟补偿，但其要求系统具有准确的控制模型，控制精度不高。

目前国内外很多研究者将Smith预估补偿控制器结构进行优化、结合PID进行参数整定以及将Smith预估补偿器与模糊控制、神经网络等先进的控制方法相融合，本文将从以上三个方面阐述目前对Smith预估补偿控制器的研究现状。

关键词：时滞；Smith；预估补偿DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.12.1920 引言在工业控制领域或者网络控制系统当中，常常由于容积或传输过程而导致系统响应延时或系统不稳定，鲁棒性变差。

由于系统响应延时，被控制量不能及时反映系统所受的外界扰动，即使控制器接到被测量信号后，立即响应动作，也要延迟时间τ后，才能对被控制对象产生输出影响，从而使得系统产生明显的超调量，使得系统的稳定性能变坏，调整时间ts变长，系统响应速度变慢，对控制系统的设计和控制增加了很大的难度。

1958年，Smith提出了一种基于时延的补偿控制算法，即Smith预估补偿控制器，其最大的优点是将闭环特征方程中的时滞去掉了，因而将有时滞问题转化为无时滞问题，实现较好的控制性能，改善系统的鲁棒性。

1 Smith预估补偿器原理Smith预估补偿器原理结构如图（1）所示，r（t）为系统的输入量，c（t）为系统的输出量，D（s）为调节器的传递函数，为被控制对象的传递函数，为Smith预估补偿器传递函数。

经补偿控制后，系统的闭环传递函数为式（1）：上式（1）显示表明，smith预估补偿控制克服了纯滞后部分对控制系统性能的影响，经补偿后在闭合回路外，从控制系统的角度来看，纯滞后部分不再影响系统的稳定性。

拉普拉斯变换的位移定理，表明仅将控制作用延迟了一个时间τ，系统的动态过程及其他性能指标与被控对象为GP（s）时完全相同，说明smith预估补偿控制器有效改善了因延时对控制系统性能的影响。

大时滞系统的模糊-smith控制

西安邮电学院毕业设计（论文）题目：大时滞系统的模糊-smith控制院（系）：自动化学院专业：自动化班级：自动化0804班学生姓名：耿宗杰导师姓名：魏秋月职称：讲师起止时间： 2012年 03月 06日至 2012年 06月 11日西安邮电学院毕业设计(论文)任务书学生姓名耿宗杰指导教师魏秋月职称讲师院（系）别自动化学院专业测控技术与仪器题目大时滞系统的模糊-Smith 控制任务与要求分析采用常规模糊控制的大时滞系统控制性能不佳的原因,研究适合大时滞系统的模糊-Smith 控制策略，并对控制算法进行仿真。

算法应用于大时滞系统控制时应具有较好的性能,且对于时滞参数大范围变化的系统应具有良好的鲁棒性。

开始日期2010年12月10日完成日期2012年6月25日院长(签字) 201112 月 6 日西安邮电学院毕业设计 (论文) 工作计划学生姓名耿宗杰指导教师___魏秋月_ 职称_ 讲师_____院（系）别____自动化学院_____专业__自动化 __ 题目__________________________________________________大时滞系统的模糊-Smith 控制工作进程起止时工作内容3月19日～3月26日收集资料，撰写、提交开题报告3月27日～4月11日方案论证与确定4月12日—4月26日学习、熟悉模糊逻辑工具箱和SIMULINK仿真工具的使用4月27日—5月11日设计模糊-Smith控制器5月12日—5月19日系统仿真和结果分析5月20日—6月4日撰写论文6月3日—6月10日修改、装订论文，准备答辩6月11日—6月18日准备答辩主要参考书目(资料)1. 楼顺天, 胡昌华, 张伟.基于 MATLAB 的系统分析与设计—模糊系统.西安: 电子科技大学出版社, 1998.2. 席爱民.模糊控制技术. 西安: 电子科技大学出版社, 2008.3. 郑恩让，聂诗良. 控制系统仿真. 北京: 中国林业出版社， 2006.计算机、MATLAB 软件每周三为固定答疑时间，其余时间有问题时电话联系地点：教研室或测控实验室无主要参考书目(资料) 主要仪器设备及材料论文(设计)过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告自动化学院自动化专业 08 级 04 班课题名称：大时滞系统的模糊_Smith控制学生姓名：耿宗杰学号：06071108指导教师：魏秋月报告日期： 2012-3-221．本课题所涉及的问题及应用现状综述涉及的问题：本题目针对普通模糊控制的大时滞系统控制性能不佳的原因，研究了一种适合大时滞系统的模糊_Smith控制策略。

Smith预估补偿器的算法研究与实现

目录1．引言 (3)1.1 概述 (3)1.2 毕业设计（论文）的主要内容 (3)2．Smith预估器的理论知识 (4)2.1 Smith预估器的模拟补偿控制原理 (4)2.2 数字Smith预估系统 (5)3．数字PID控制器 (7)3.1 序言 (7)3.2 模拟PID控制器 (7)3.3 数字PID控制器 (7)3.4 PID控制参数的整定 (10)3.4.1 绪论 (10)3.4.2 采样周期T的选取。

(10)3.4.3 PID控制参数的整定方法 (10)4．数字Smith 预估器 (12)4.1 介绍数字PID控制算法的几种发展 (12)4.1.1 积分分离的PID算式 (12)4.1.2带有死区的PID控制算式 (12)4.1.3微分先行的PID控制算式 (13)4.1.4 时间最优PID控制 (13)4.2 数字Smith预估器的计算机实现 (14)4.3 数字Smith预估控制算式的推导 (15)5．软、硬件设计及调试.................................................................................. 错误!未定义书签。

5.1 硬件设计部分.................................................................................. 错误!未定义书签。

5．1．1设计接线图.........................................................................错误!未定义书签。

5.1.2 控制参数的计算....................................................................错误!未定义书签。

5.2 软件设计部分..................................................................................错误!未定义书签。

采用Smith预估补偿的时滞系统PI控制器的设计

文章编号:1009-2269(2001)01-0025-03采用Smith 预估补偿的时滞系统PI 控制器的设计董红生1,周耿烈2(1.兰州工业高等专科学校电气工程系;2.兰州工业高等专科学校计算机工程系,甘肃兰州 730050)摘要:针对纯滞后的控制对象特性,提出了基于Smith 预估补偿的PI 控制器的设计方法。

仿真实验表明,此方法整定的PI 控制器能有效克服较大纯滞后的影响,性能优于传统的Z N 法和SPAM 法。

关键词:纯滞后对象;Smith 预估补偿;PI 控制器整定中图分类号:TM571.6 文献标识码:A1 引言在工业过程控制中,许多被控对象具有纯滞后性质,会导致控制作用不及时,引起系统产生超调或不稳定[1],采用Smith 预估补偿的PI 控制器的参数整定方法,通过仿真验证能有效抑制大纯滞后的影响,控制效果优于传统Zieg ler Nichols 法和SPAM 法[2]。

2 Smith 预估补偿的原理Smith 预估补偿方案如图1所示。

G p (s)=G (s )e - s 控制通道的滞后环节。

G m (s) 补偿环节的传递函数。

由图1可知:Y (s)=(G p (s )+G m (s)) R (s )将G p (s)代入则有:Y(s )=(G p (s)e - s +G m (s )) R (s) 为了克服时滞,补偿环节G m (s )应为:G m (s )=G (s)(1-e- s )由此可得出带有Smith 预估器补偿的控制系统的结构如图2所示。

其系统闭环传递函数为:G (s )=G c (s)G p (s)e - s1+G c (s )G p(s ) 从上式看出:e - s 已不含在系统的特征方程里,系统性能完全不受纯滞后的影响,因此,控制器G C (s)的设计不必考虑纯滞后环节的影响。

图1 S mith 预估补偿方案第8卷第1期兰州工业高等专科学校学报 Vol.8,No.12001年3月 Journal o f L anzhou Hig her Po lytechnical College M ar.,2001 收稿日期:2000-10-18 作者简介:董红生(1968-),男,吉林东丰人,兰州工业高等专科学校工程师.图2 Smith 预估补偿的控制系统3 PI 控制器的设计大多数工业控制对象可用一阶或二阶系统加纯滞后来近似描述,即: G p (s)=K (T s +1)n e - s n =1,2 设PI 控制器的形式为:G c (s )=K p 1+1T i s由Smith 预估补偿的原理可知,对于PI 控制器的设计只考虑无时滞部分,对象无时滞部分为: G p (s)=K (Ts +1)n n =1,2 当n =1时,设计目标为:G c (s )G p (s )1+G c (s )G p (s )=11+T d s其中:T d = T , 取值范围0.2~1求得PI 控制器的参数为:T i =T ,K p =T K T d当n =2时,设计目标为:G c (s )G p (s )1+G c (s )G p (s )= 2n s 2+2 n s + 2n求得PI 控制器的参数为:T i =T ,K p =14 2K其中: 取值范围0.5~14 仿真实验例1.考虑大时滞一阶对象模型:G p (s)=1.4e -14s 16s +1按上述方法给出PI 控制器的参数为:K p =2.5,T i =16无Sm ith 预估补偿由Z -N 法整定的PI 控制器的参数为: K p =0.63,T i =35.27无Sm ith 预估补偿由SPAM 法整定的PI 控制器的参数为: K p =0.43,T i =15.9例2.考虑大时滞二阶对象模型:G p (s)=0.57e -18.7s (8.6s +1)2按上述方法给出PI 控制器的参数为:K p =1.75,T i =8.6无Sm ith 预估补偿由SPAM 法整定的PI 控制器的参数为: K p =0.50,T i =13.86 利用MATLAB 软件仿真[3],其阶跃响应如图3:一阶对象;图4:二阶对象 26 兰州工业高等专科学校学报第8卷图3 一阶对象阶跃响应曲线图4 二阶对象阶跃响应曲线仿真结果显示:采用Smith 预估补偿后,系统的控制性能获得了较大改善,尤其响应速度明显提高,抑制干扰能力明显增强。

用于时滞不确定系统的自适应Smith预估器

用于时滞不确定系统的自适应Smith预估器何杰;英锐男;盛占石【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2001(022)003【摘要】Smith预估器对模型的依赖性制约了它在实际中的应用，文中提出一种改进型Smith预估器，能在线地跟踪时滞不确定对象的时滞时间常数的变化引起的系统输出的变化，调节模型输出使得闭环系统稳定；而且，模型中不含有时滞环节，控制器只有一个调节参数，易于实现；对一大惯性、大时滞系统的仿真结果表明，改进算法较好地解决了Smith预估器的稳定性对模型时滞时间常数的依赖性问题，具有广泛的应用前景.%The dependence on models has severely limited the practical application of Smith Predictors. A modified Smith Predictor is presented in this paper that can follow the change of the output of the system caused by the change of time-delay parameter in an uncertain time-delay system on-line and adaptively adjust the output of the model to enhance the stability of the system. Moreover, there is no time-delay part in the model,but only one adjustable parameter, which makes the predictor very easy to operate. The simulation result shows that the stability of the system is satisfactory. This algorithm can better solve the problem brought by the dependence of the Smith Predictor on the model,and will be widely used.【总页数】4页(P75-78)【作者】何杰;英锐男;盛占石【作者单位】江苏理工大学电气与信息工程学院，江苏镇江 212013;江苏理工大学电气与信息工程学院，江苏镇江 212013;江苏理工大学电气与信息工程学院，江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TP271+.61【相关文献】1.大时滞不确定系统的无模型自适应控制 [J], 董晓宇;付铁2.具有输入时滞的不确定系统鲁棒自适应控制 [J], 侯晓丽;邵诚3.时变时滞不确定系统模糊自适应H∞控制 [J], 时建明;王洁;刘少伟4.采用Smith预估器模型的时滞系统自适应控制 [J], 郑仰东5.外扰已知时滞不确定系统自适应滑模控制 [J], 李玮;段建民;龚建伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。